PL241972B1 - Tulejowy absorber ciepła odpadowego ze ścieków - Google Patents

Abstract

Sposób i tulejowy absorber ciepła odpadowego ze ścieków to urządzenie służące do odzyskiwania ciepła ze ścieków komunalnych i przemysłowych ich zwrot do zimnej wody w celu dalszego wykorzystania w urządzeniach do wytwarzania ciepłej wody. Zużyta woda w przykładowej armaturze sanitarnej (A) płynie w postaci ciepłego ścieku instalacją kanalizacyjną odpływową (1), do urządzenia odzyskującego i gromadzącego ciepło (2), jest on gromadzony w zbiorniku cylindrycznym (3), zamkniętym dennicami, w którym zachodzi absorpcja ciepła ze ścieku do wody, przez ścianki zamkniętych tulei dwuściennych (5, 7), zasilanych wodą instalacji wodociągowej (8), odcinkiem rurki (9), do płaszcza wodnego tulei dwuściennych i odcinkiem giętej rurki (13) kierowana do rurowego magazynu ciepłej wody (14). Jako wstępnie ogrzana płynie odcinkiem rurki (15) do urządzenia grzewczego ciepłej wody użytkowej (16) i po podgrzaniu podawana jest do ujęcia wody (17). Tam zużywana w przykładowej armaturze sanitarnej (A) ponownie, w postaci ciepłego ścieku, płynie instalacją kanalizacyjną odpływową (1), wpływa do urządzenia (2) zamykając obieg ciepła. Dzięki specjalnie ukształtowanej rurowej instalacji odprowadzającej ścieki (18) utrzymywane jest pełne napełnienie zbiornika (3). Dodatkowo instalacja została rozbudowana o przelewowy układ obejściowy (19) oraz zawór serwisowy (20) dla utrzymania drożności kanalizacji obiektu. Strzałki na rysunkach, pokazują kierunek przepływu cieczy w urządzeniu.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest tulejowy absorber ciepła odpadowego ze ścieków, czyli urządzenie służące do odzyskiwania ciepła ze ścieków komunalnych i/lub przemysłowych, gdzie odzyskane ciepło wykorzystywane jest następnie w innych urządzeniach do wytwarzania ciepłej wody użytkowej.

Z polskiego opisu ochronnego nr 198134 znane jest urządzenie do odzyskiwania ciepła odpadowego ze ścieków domowych i przemysłowych, w skład którego wchodzi inteligentny monoblok przeznaczony do rozdzielenia temperaturowego ścieków i napełniania urządzeń absorbera, sterowany elektronicznie. Elektroniczne sterowanie i rozdział wydaje się, że zbytnio komplikują budowę i eksploatację ujawnionego tam urządzenia.

Znane jest również z polskiego opisu zgłoszeniowego nr 395939 urządzenie do odzysku ciepła ze ścieków, składające się z obudowy wewnętrznie tak ukształtowanej, że tworzy kanał, którym płyną ścieki wzdłuż zamontowanej w nim wężownicy, którą przepływa woda w kierunku przeciwnym do ścieków. Zamontowana wężownica przejmuje część ciepła ze ścieków i nagrzewa w dalszej konsekwencji wodę znajdującą się i przemieszczaną w wężownicy. Czas przekazywania energii jest jednak dość niestabilny, zależny od prędkości obu przepływów, a ponadto kumulacja odzyskanej energii wydaje się przez to niewystarczająca.

Ze zgłoszenia wynalazku polskiego o numerze P.423704 znany jest przepływowy absorber ciepła odpadowego pozyskiwanego ze ścieków, jako uprzednie analogiczne rozwiązanie własne twórcy niniejszego udoskonalonego i uproszczonego rozwiązania technicznego. Znany przepływowy absorber ciepła odpadowego, zbudowany jest z zewnętrznego stalowego, cylindrycznego zamkniętego zbiornika, w którym gromadzona jest i rotuje oraz miesza się woda. Wewnątrz tego zbiornika umieszczona jest komora prostopadłościenna, z umieszczoną w niej wężownicą zasilaną ściekami. Zbiornik posiada przegrody wymuszające przepływ wody przez komorę wokół wężownicy. Znane urządzenie posiada także odpływ ścieków z komory, zrealizowany rurą prowadzącą zewnętrznie z dna komory wzdłuż niej ponad górny poziom zalegania ścieków, wywiniętą na powrót w dół, celem zarówno odprowadzenia ścieków, jak i ich jak najdłuższemu zaleganiu wewnątrz komory. Owo znane rozwiązanie zapewnia poprawny, nawet można powiedzieć ponadprzeciętny odzysk ciepła odpadowego, jednak ilość zaułków do prowadzenia wody oraz przejść wężownicy przez komorę i wewnątrz zbiornika wydaje się być utrudnieniem w realizacji jego konstrukcji. Ponadto znane są urządzenia bardziej wyspecjalizowane, jak na przykład polski opis patentowy nr 107019 zbudowany do celów podgrzewania sprężonego powietrza lub amerykański, US 5522453 - do ogrzewania wody w pralce automatycznej. Ostatnie wymienione rozwiązania są dedykowane do specjalnych zastosowań i nie mają zastosowania dla odzyskiwania ciepła ze ścieków wytworzonych w całym budynku lub obiekcie.

Celem niniejszego wynalazku, jest możliwość pełnego i najbardziej efektywnego odzysku ciepła ze ścieków komunalnych i przemysłowych, za pomocą urządzenia w postaci tulejowego absorbera, którego elementy czynne charakteryzują się bardzo dużą powierzchnią absorpcji ciepła i jego przekazania do instalacji obiegu bieżącej wody, w szczególności tej, która ma podlegać podgrzaniu. W efekcie dochodzi do szybkiego przekazania ciepła ścieku do medium w postaci pierwotnie zimnej wody, która jako wstępnie ogrzana później zasila urządzenia grzewcze pozwalając im tym szybciej doprowadzić jej temperaturę oczekiwaną do właściwej wartości, skąd dalej jest kierowana instalacją do urządzeń sanitarnych, tam jest owa woda zużywana, po czym na powrót trafia jako ciepły ściek do absorbera tworząc obieg tego ciepła. Wstępne ogrzanie zimnej wody, ciepłem pozyskanym ze ścieków, pozwala zmniejszyć o około 50% zużycie energii potrzebnej na ogrzewanie ciepłej wody użytkowej w porównaniu z zasilaniem ogrzewacza zimną wodą bezpośrednio z wodociągu.

Istota tulejowego absorbera do odzysku ciepła ze ścieków polega na tym, że wytworzony w urządzeniu sanitarnym ciepły ściek zostaje zrzucony do typowej wewnętrznej instalacji kanalizacyjnej obiektu, którą jest kierowany do dedykowanej instalacji odbioru ścieków, gdzie realizowany jest obieg ciepła za pomocą instalacji i urządzenia według niniejszego wynalazku, które pełni rolę absorbera do odzysku ciepła odpadowego ze ścieków zarówno komunalnych, jak również przemysłowych.

Tulejowy absorber ciepła odpadowego pozyskiwanego ze ścieków, zbudowany jest z zewnętrznego stalowego, cylindrycznego zamkniętego zbiornika, w którym gromadzona jest i rotuje oraz miesza się woda. Wewnątrz tego zbiornika umieszczona jest komora, z przepływającymi przez nią ściekami. Tulejowy absorber posiada dopływ i odpływ ścieków, gdzie odpływ to rura prowadzona z dna zbiornika, wzdłuż niego, ponad górny poziom zalegania ścieków, wywinięta na powrót w dół, celem zarówno od prowadzenia ścieków, jak i ich jak najdłuższego zalegania wewnątrz zbiornika. Tulejowy absorber posiada również dopływ i odpływ wody, pomiędzy którymi znajduje się instalacja dla obiegu wody. Tulejowy absorber charakteryzuje się tym, że we wnętrzu zbiornika, który przeznaczony jest do wypełniania go ciepłymi ściekami, umieszczone są koncentrycznie i współosiowo dwuścienne, zamknięte tuleje blaszane, których wewnętrzna ścianka ma wywinięte na zewnątrz, po obydwu końcach, dolnym i górnym, kołnierze tak, że krawędzie tych kołnierzy łączą się z końcem ścianki zewnętrznej, odpowiednio końcem dolnym i górnym, tworząc wewnętrzną, zamkniętą przestrzeń, przeznaczoną dla płaszcza wodnego dwuściennej tulei. Tuleje dwuścienne o różnej średnicy umieszczone są jedna wewnątrz drugiej, jak wspomniano współosiowo, w odległości umożliwiającej swobodny przepływ ścieków między nimi, przy czym są one połączone między sobą odcinkami rurek poprzez otwory w ściankach tulei, odpowiednio ścianka zewnętrzna wewnętrznej tulei ze ścianką wewnętrzną zewnętrznej, kolejnej w szeregu tulei, przez co tworzą zespół połączonych objętościowo tulei dwuściennych, przeznaczony na wspólny płaszcz wodny. Instalacją znajdującą się pomiędzy dopływem a odpływem wody jest zespół połączonych objętościowo przynajmniej dwóch tulei dwuściennych, które są połączone z magazynem na wstępnie podgrzaną wodę, przy czym dolne zamknięcie zbiornika wykonane jest z dennicy o łukowym płaszczu dna, która to dennica stanowi wspólną przestrzeń powstałą z przecięcia cylindra zbiornika z prostopadłym do niej u dołu biegiem wycinka cylindra dennicy.

Korzystnie ponad zespołem połączonych objętościowo tulei dwuściennych, wewnątrz zbiornika, umieszczony jest połączony z nimi magazyn o kształcie rurowym, przeznaczony na podgrzaną wstępnie wodę, przy czym magazyn skierowany do cylindra zbiornika prostopadle, połączony jest z zespołem giętą rurką.

Korzystnie zespół połączonych objętościowo tulei dwuściennych jest umieszczony w środkowej części zbiornika, czyli znacząco powyżej dennicy z łukowatym dnem zbiornika, przeznaczonej na schłodzone ścieki, przemieszczane tam przed ich ujściem.

Korzystnie co najmniej dwie rurki są łącznikiem pomiędzy dwoma sąsiadującymi ze sobą tulejami dwuściennymi.

Korzystnie magazyn stanowi wspólną przestrzeń powstałą z przecięcia cylindra zbiornika z prostopadłym do niej w górnej części biegiem wycinka cylindra magazynu rurowego.

Korzystnie górne zamknięcie zbiornika tulejowego absorbera jest wykonane w kształcie łukowatego płaszcza, stanowiącego wierzch zbiornika, korzystnie jako części wspólnej zbiornika i magazynu.

Najlepiej woda, przepływa swą instalacją przez główny funkcyjny element tej instalacji, od dołu ku górze tulejowego absorbera, kolejno przez wszystkie tuleje od najmniejszej do największej, następnie jest kierowana giętym odcinkiem rurki do położonego powyżej magazynu, o kształcie rurowym, dla ciepłej wody. Rurowy magazyn ciepłej wody usytuowany jest najwyżej w przestrzeni tulejowego absorbera, gdzie gromadzą się najcieplejsze frakcje ścieków. Następuje tam dalsza absorpcja ciepła przez wodę biegnącą płaszczem wodnym do magazynu i dalej, a zgromadzona woda uzyskuje najwyższe parametry temperaturowe. Przestrzeń płaszcza wodnego zespołu tulei dwuściennych oraz pojemność magazynu ciepłej wody pełnią role magazynu przejściowego energii, pozyskanej w wyniku absorpcji ciepła ze ścieków, a gromadzonej w wodzie, poprzez jej zwyżkę potencjału energetycznego, która to woda doprowadzana jest dalej instalacją do ogrzewacza w celu dalszego podgrzania.

Istotnym elementem absorbera odzysku ciepła odpadowego ze ścieków, jest instalacja rurowa odprowadzająca ścieki z urządzenia. Dzięki specjalnemu jej ukształtowaniu, stale utrzymuje pełne napełnienie ściekami przestrzeni zbiornika oraz zapewnia odprowadzenie w pierwszej kolejności, zimnych frakcji ścieków zgromadzonych w dolnej części urządzenia.

Obróbka termiczna ścieku w urządzeniu pozwala na odzyskanie większości energii cieplnej zawartej w ściekach, a ponadto absorber pracuje cały czas, bez przerwy i przekazuje wstępnie ogrzaną wodę do ogrzewacza, zwłaszcza w czasie intensywnego zrzutu ścieków, który powtarza się wielokrotnie w cyklu dobowym. Urządzenie, którego działanie niezależnie jest od nasłonecznienia, przyczynia się do ochrony środowiska naturalnego jako ekologiczne i najbardziej efektywne spośród innych alternatywnych metod odzyskania energii przy użyciu np. wiatru czy promieni słonecznych, których okresowość występowania ma wpływ na wydajność procesu pozyskiwania energii.

Korzystnym dla tulejowego absorbera jest zastosowane typoszeregu średnic zamkniętych tulei dwuściennych mocowanych w zbiorniku tulejowego absorbera, które charakteryzują się dużą powierzchnią czynną absorpcji ciepła. Dzięki temu możliwe jest opracowanie grupy produktów dobranych wielkością do parametrów technicznych i założeń projektowanej instalacji wodno-kanalizacyjnej obiektu.

Można to realizować poprzez zastosowanie zmiennej, ale zasadniczo dowolnej ilości tulei w zespole lub poprzez umieszczenie kilku zespołów tulei jeden nad drugim w zbiorniku tulejowego absorbera.

Korzystnym dla urządzenia jest, jeżeli wszystkie użyte do jego budowy elementy stalowe zostaną zabezpieczone antykorozyjnie, np. przez pokrycie ich cynkiem lub emalią ceramiczną lub wykonane zostaną ze stali kwasoodpornej celem uzyskania długiego okresu użytkowania i wysokiej jakości parametrów podgrzanej wody.

Korzystnym dla bezawaryjnej pracy instalacji kanalizacyjnej jest to, że instalacja odpływowa ścieków posiada zawór spustowy służący do cyklicznego czyszczenia urządzenia z osadów zgromadzonych na dnie urządzenia, a niezależnie korzystnym i możliwym jest to, że na wejściu obu mediów do tulejowego absorbera zastosować można układ obejścia, który to omijając tulejowy absorber prowadzi media tradycyjnie, zapewniając normalną pracę kanalizacji w przypadku utraty drożności tulejowego absorbera.

Dla uzyskania wysokiej sprawności urządzenia korzystnym jest także, jeżeli na swojej zewnętrznej powierzchni tulejowy absorber posiada izolację termiczną, która zabezpieczy przed zbyt szybką lub po prostu nadmierną utratą ciepła zgromadzonego w magazynie, bądź w zbiorniku.

Wynalazek został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schematycznie tulejowy absorber wpięty w układ wodno-kanalizacyjny, przez co ukazana jest zasada działania odzysku ciepła ze ścieków, jego magazynowanie i obieg w przykładowej realizacji, Fig. 2 przedstawia schematycznie i w powiększeniu tulejowy absorber z zewnątrz, wraz z jego elementami zewnętrznymi, Fig. 3 przedstawia schematycznie i w powiększeniu tulejowy absorber i jego wewnętrzne elementy, Fig. 4 przedstawia tulejowy absorber w przekroju pionowym, a Fig. 5 przedstawia tulejowy absorber w przekroju poziomym na wysokości zespołu połączonych ze sobą tulei dwuściennych.

Zużyta woda w przykładowej armaturze sanitarnej (A) płynie w postaci ciepłego ścieku instalacją kanalizacyjną odpływową (1), do urządzenia odzyskującego i gromadzącego ciepło (2), jest gromadzony w zbiorniku cylindrycznym (3), zamkniętym dennicami (4), w którym następuje absorpcja ciepła ścieku do wody przez ścianki zamkniętych tulei dwuściennych, umieszczonych w zbiorniku, koncentrycznie jedna wewnątrz drugiej (5), (6), (7), zasilanych zimną wodą doprowadzoną z instalacji wodociągowej (8), odcinkiem rurki (9), która przepływa płaszczem wodnym (10), kolejnych tulei połączonych między sobą odcinkami rurek (11), (12), następnie odcinkiem giętej rurki (13), kierowana jest powyżej, do rurowego magazynu ciepłej wody (14), skąd odcinkiem rurki (15), jako wstępnie podgrzane medium płynie do urządzenia grzewczego ciepłej wody użytkowej (16), i po podgrzaniu podawana jest do ujęcia wody (17). Tam zużywana w przykładowej armaturze sanitarnej (A) ponownie, w postaci ciepłego ścieku, płynie instalacją kanalizacyjną odpływową (1), wpływa do urządzenia (2), zamykając obieg ciepła. Ciepłe ścieki gromadzone są i utrzymywane w przestrzeni zbiornika cylindrycznego (3), dzięki specjalnie ukształtowanej rurowej instalacji odprowadzającej (18), odpływają do instalacji kanalizacyjnej budynku (21). Taki sposób ukształtowania instalacji zapewnia ciągłe utrzymanie pełnego wypełnienia urządzenia ściekami oraz odpływ schłodzonych ścieków pod naciskiem ciepłych ścieków płynących z kanalizacji obiektu, co daje pełną i efektywną wydajność urządzenia w procesie absorpcji ciepła. Dodatkowo w celu zapewnienia bezawaryjnej pracy kanalizacji obiektu, instalacja została rozbudowana o przelewowy układ obejściowy (19), dla awaryjnego odprowadzenia ścieków bezpośrednio do kanalizacji obiektu (21), w przypadku utraty drożności absorbera (2), lub jego instalacji odpływowej (18). Dodatkowo dla okresowego czyszczenia z osadów zbiornika (3) i zachowania drożności instalacji odpływowej (18), został zastosowany zawór serwisowy (20), który umożliwia spust zalegających na dnie urządzenia nieczystości i osadów do kanalizacji obiektu (21). Dodatkowo, strzałki na rysunkach, pokazują kierunek przepływu cieczy w urządzeniu.

W przedstawionym opisie została zaprezentowana budowa prostej i wydajnej instalacji oraz sposobu odzysku ciepła odpadowego ze ścieków, która zapewnia bezawaryjną, wieloletnią eksploatację.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Tulejowy absorber ciepła odpadowego pozyskiwanego ze ścieków, zbudowany jest z zewnętrznego stalowego, cylindrycznego zamkniętego zbiornika (3), w którym gromadzona jest i rotuje oraz miesza się zużyta woda w postaci ciepłego ścieku, posiada dopływ (1) i odpływ ścieków (18), gdzie odpływ (18) to rura prowadzona z dna zbiornika (3), wzdłuż niego, ponad górny poziom zalegania ścieków, wywinięta na powrót w dół, celem zarówno odprowadzenia ścieków, jak i ich jak najdłuższego zalegania wewnątrz zbiornika (3), a także posiada również dopływ (9) i odpływ wody (15), pomiędzy którymi znajduje się instalacja dla obiegu wody, znamienny tym, że we wnętrzu zbiornika (3), który przeznaczony jest do wypełniania go ściekami, umieszczone są koncentrycznie i współosiowo dwuścienne, zamknięte tuleje blaszane (5), (6), (7), których wewnętrzna ścianka ma wywinięte na zewnątrz, po obydwu końcach, dolnym i górnym, kołnierze tak, że krawędzie tych kołnierzy łączą się z końcem ścianki zewnętrznej, odpowiednio końcem dolnym i górnym, tworząc wewnętrzną, zamkniętą przestrzeń, przeznaczoną dla płaszcza wodnego (10) dwuściennej tulei (5), (6), (7), przy czym tuleje dwuścienne (5), (6), (7) o różnej średnicy, umieszczone są jedna wewnątrz drugiej współosiowo, w odległości umożliwiającej swobodny przepływ ścieków między nimi, przy czym są one połączone między sobą odcinkami rurek (11), (12) poprzez otwory w ściankach tulei (5), (6), (7), odpowiednio ścianka zewnętrzna wewnętrznej tulei (5), (6), (7) ze ścianką wewnętrzną zewnętrznej, kolejnej w szeregu tulei (5), (6), (7), przez co tworzą zespół połączonych objętościowo tulei dwuściennych (5), (6), (7), przeznaczony na wspólny płaszcz wodny (10), natomiast instalacją znajdującą się pomiędzy dopływem (9) a odpływem (15) wody jest zespół połączonych objętościowo przynajmniej dwóch tulei dwuściennych (5), (6), (7) wraz z przyłączonym do nich magazynem na wstępnie podgrzaną wodę (14).
2. 2. Tulejowy absorber ciepła odpadowego (2) według zastrz. 1, znamienny tym, że dolne zamknięcie zbiornika (3) wykonane jest z dennicy o łukowym płaszczu dna (4), która to dennica stanowi wspólną przestrzeń powstałą z przecięcia cylindra zbiornika (3) z prostopadłym do niej u dołu biegiem wycinka cylindra dennicy (4).
3. 3. Tulejowy absorber ciepła odpadowego według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że ponad zespołem połączonych objętościowo tulei dwuściennych (5), (6), (7), wewnątrz zbiornika, umieszczony jest połączony z nimi magazyn o kształcie rurowym (14), przeznaczony na podgrzaną wstępnie wodę, przy czym magazyn skierowany do cylindra zbiornika prostopadle, połączony jest z zespołem giętą rurką (13).
4. 4. Tulejowy absorber ciepła odpadowego według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że zespół połączonych objętościowo tulei dwuściennych (5), (6), (7), jest umieszczony w środkowej części zbiornika (3), czyli znacząco powyżej dennicy z łukowatym dnem zbiornika (4), przeznaczonej na schłodzone ścieki tam przemieszczane przed ich ujściem,
5. 5. Tulejowy absorber ciepła odpadowego według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że co najmniej dwie rurki (11), (12) są łącznikiem pomiędzy dwoma sąsiadującymi ze sobą tulejami dwuściennymi (5), (6), (7).
6. 6. Tulejowy absorber ciepła odpadowego według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że magazyn stanowi wspólną przestrzeń powstałą z przecięcia cylindra zbiornika (3) z prostopadłym do niej w górnej części biegiem wycinka cylindra magazynu rurowego (14).
7. 7. Tulejowy absorber ciepła odpadowego według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że górne zamknięcie zbiornika (3) jest wykonane w kształcie łukowatego płaszcza, stanowiącego wierzch zbiornika (4), korzystnie jako części wspólnej zbiornika (3) i magazynu (14).
8. 8. Tulejowy absorber ciepła odpadowego według zastrz. 1, znamienny tym, że jego dowolny element jest zabezpieczony antykorozyjnie, korzystnie warstwą cynku lub emalią ceramiczną lub korzystnie jest wykonany ze stali kwasoodpornej.
9. 9. Tulejowy absorber ciepła odpadowego według zastrz. 1, znamienny tym, że odpływ ścieków (18) posiada zawór spustowy (20).
10. 10. Tulejowy absorber ciepła odpadowego według zastrz. 1, znamienny tym, że na swojej, zewnętrznej powierzchni posiada izolację termiczną.